Analiza oszczędzania energii wentylatorów EC w porównaniu z wentylatorami AC
W tym wpisie przeanalizujemy różnice między wentylatorami EC a wentylatorami AC z perspektywy ich rzeczywistych rozwiązań produkcyjnych, zasad działania, danych z dynamometru powiązanych silników, rzeczywistych danych z testów objętości powietrza wentylatorów, rzeczywistych scenariuszy zastosowań wentylatorów AC i wentylatorów EC oraz trendów rozwoju branży.
Rzeczywiste rozwiązania produkcyjne dla silników prądu przemiennego
Uzwojenie stojana Wirnik klatki wiewiórkiSchemat zespołu Stator-Rotor
Na zdjęciach widać, że schemat uzwojenia krzyżowego silnika AC sprawia, że część emaliowanego przewodu wystaje poza rdzeń.
Główny proces działania silnika AC jest następujący
1. Uzwojenie stojana jest podłączone do prądu zmiennego, a w uzwojeniu generowane jest obracające się i zmieniające się pole magnetyczne.
2. Obracające się i zmieniające się linie strumienia magnetycznego statora przechodzą przez wirnik klatki wiewiórki. Zgodnie z zasadą indukcji elektromagnetycznej, na wirniku indukowane jest obracane i zmieniające się indukowane pole magnetyczne, a pole magnetyczne wirnika "podąża" za zmianami w polu magnetycznym stojana.
3. Dwa pola magnetyczne oddziałują ze sobą, napędzając obrót wirnika.
Rzeczywisty plan produkcji silnika EC
Schemat uzwojenia stojana z magnesami trwałymi, wirnika i zespołu wirnika
Na zdjęciach rzeczywistego obiektu widać, że silniki EC najczęściej używają scentralizowanych uzwojeń, które są podobne do pojedynczego zęba uzwojenia cewki wokół stojana, a emaliowany drut ma krótszą odległość między przewodami krzyżowymi. Drut emaliowany stosunkowo mniej przekracza płaszczyznę rdzeniową.
Zasada działania silnika EC
Zasadę działania silnika EC można uprościć do następujących trzech kroków:
1. Zasilanie prądu przemieniającego jest prostowane i przekształcane przez kontroler w moc stałą, a następnie zasilanie stałe jest przekształcane w moc zmienną o wymaganej częstotliwości przez odwrócenie, a następnie wprowadzane do uzwojenia silnika przez emaliowaną głowicę przewodu połączoną z płytką sterującą elektryczną. Sterownik generuje obracający się pole magnetyczne, łącząc uzwojenia w sekwencji.
2. Obracające się pole magnetyczne oddziałuje z polem magnetycznym wirnika magnesu trwałego, napędzając obrót silnika.
3. Sterownik może dokładnie określić pozycję pola magnetycznego wirnika, monitorując czujniki, prąd oraz siłę elektromotoryczną i inne sygnały, a następnie przeprowadzić odpowiednie uzwojenie, aby utworzyć napędzające pole magnetyczne.
Analiza oszczędności energii silników EC w zasadzie i zastosowaniu w porównaniu z silnikami AC
Z powyższej analizy wynika, że silniki AC tworzą efektywne pole magnetyczne poprzez indukcję elektromagnetyczną, więc część energii elektrycznej jest wykorzystywana do ustanowienia pola magnetycznego, a efektywność konwersji energii kinetycznej jest zmniejszona. Silniki EC wykorzystują magnesy trwałe, więc nie jest potrzebna energia elektryczna do utworzenia pola magnetycznego wirnika, a więc nie ma strat energii.
Po drugie, występują różnice w uzwojeniu i efektach pola magnetycznego. W procesie uzwojenia krzyżowego silników prądu przemiennego duża część emaliowanego przewodu przekracza rdzeń, co powoduje przecieki i ciepło, a tym samym zmniejsza efektywność przekształcania silnika w energię kinetyczną. Metoda uzwojenia silników EC może zmniejszyć te straty.
Ze względu na zasadę konstrukcji indukcyjnej silników prądu przemiennego, wirnik i stojan mają konstrukcję o stałym poślizgu. Gdy silnik przekracza projektowane obciążenie, rzeczywisty poślizg silnika odbiega od zaprojektowanego poślizgu, co zawęża ogólny zakres wysokiej sprawności. Konstrukcja z magnesami trwałymi i sterowanie napędem silników EC skutecznie zapobiegnie takiej sytuacji. Aby zmniejszyć tę wadę silników prądu przemiennego, w rzeczywistych zastosowaniach często stosuje się falowniki do regulacji prędkości silników prądu przemiennego. Regulacja prędkości o zmiennej częstotliwości obejmuje głównie trzy procesy: prostowanie, odwrócenie i sterowanie. W tych trzech procesach efektywność konwersji zmienia się w zależności od punktu pracy, około 85% do 96%. Główna strata energii występuje w ogniwach prostowniczych i inwersji, które stanowią około 90% całkowitej straty. Rzeczywista wartość testowa sprawności sterownika silników EC wynosi przeważnie powyżej 97%. Ogólnie rzecz biorąc, silniki AC z inwerterami mogą do pewnego stopnia poprawić efektywność pracy silników AC, ale nadal istnieje pewna luka w porównaniu do EC.
Poniżej przedstawiono krzywą dynamometryczną danego silnika AC oraz silnika EC o tym samym zakresie mocy i prędkości.
Z krzywej możemy wyciągnąć wniosek: silniki EC są bardziej wydajne i mają szerszy zakres wysokiej sprawności.
Analiza oszczędzania energii danych testowych wentylatorów AC z inwerterami i wentylatorami EC:
Analiza danych wynika, że przy typowym poziomie pracy 100Pa dla wentylatorów o dużym osiowym przepływie, efektywność ciśnienia statycznego rozwiązania EC jest o 3,3% wyższa niż w rozwiązaniu AC plus inwerter.
